РНК-биология — ключ к идентичности и здоровью клетки

Два исследования консорциума FANTOM, опубликованные в Genome Research, пролили новый свет на основные регуляторные сети, управляющие типами клеток у разных видов позвоночных, и на роль РНК как регуляторов клеточной функции и идентичности.

Консорциум FANTOM был создан в RIKEN два десятилетия назад для изучения не только генома, но и транскриптома — совокупности всех молекул РНК. Понимание транскриптома критически важно, поскольку, хотя клетки нашего тела имеют одинаковую геномную ДНК, их разнообразие определяется составом РНК. На сегодня известно более 400 типов клеток, и, вероятно, их существует гораздо больше. Таким образом, понимание того, как экспрессируется РНК, — ключ к пониманию того, как каждый тип клеток устанавливает свою уникальную функцию, морфологию и поведение, активируя специфические транскрипционные программы. Оба исследования основаны на технологии CAGE, разработанной в RIKEN для профилирования транскриптома с помощью секвенаторов нового поколения.

Первое исследование (Alam et al.) сравнивает данные транскриптомов соответствующих первичных типов клеток человека, мыши, крысы, собаки и курицы. Учёные обнаружили, что транскриптом, измеренный с помощью CAGE для одного и того же типа клеток, существенно различается между видами. Однако они выявили общее для всех видов ядро регуляторной сети, определяющее каждый тип клеток. В целом гены, кодирующие продукты, участвующие в РНК-биологии в ядре клетки, стабильно активировались в одном и том же типе клеток независимо от вида.

Михил де Хун, автор-корреспондент статьи: «Мы идентифицировали гены, действующие внутри ядра, использование которых сохранялось на протяжении сотен миллионов лет эволюции. С другой стороны, гены, в основном участвующие в коммуникации между клетками, дивергировали и использовались по-разному у разных видов. Это означает, что отличительный фенотип каждого вида в значительной степени обусловлен специфическим способом коммуникации клеток внутри организма».

Второе исследование (Ramilowski J., Yip CW. et al.), часть последней фазы проекта FANTOM 6, было посвящено длинным некодирующим РНК (lncRNA) человека. Их у млекопитающих больше, чем белковых генов, но их функция до сих пор плохо изучена. Исследователи селективно подавили почти 300 lncRNA в клетках человеческих фибробластов с помощью автоматизированной роботизированной системы, а затем совместили визуализацию живых клеток с CAGE, чтобы наблюдать за реакцией клеток на клеточном и молекулярном уровнях.

Джей Шин, один из авторов-корреспондентов: «Было критически важно максимально автоматизировать наши усилия, чтобы снизить систематические ошибки в экспериментальном дизайне и быстро выявлять и исправлять те, что остались».

Анализ показал, что более 25% длинных некодирующих РНК влияют на рост клеток, их морфологию и миграцию, что важно в контексте рака. Неожиданно оказалось, что подавление разных изоформ (вариантов) одной и той же lncRNA приводило к совершенно разным клеточным и молекулярным фенотипам. Это позволяет предположить, что каждая изоформа lncRNA, производимая клеткой, может иметь свою специфическую регуляторную функцию.

Джордан Рамиловски, один из первых авторов: «Глубокое профилирование CAGE молекулярного состояния клеток после подавления каждой lncRNA позволило нам провести функциональный анализ длинных некодирующих РНК на беспрецедентном уровне. Это создаёт ценный ресурс для детального исследования и понимания РНК-биологии и её потенциального применения для улучшения здоровья человека».

Пьеро Карнинци, комментируя результаты: «Хотя это всё ещё пилотный проект, результаты демонстрируют вовлечённость lncRNA в широкий спектр клеточных процессов и функций. Это говорит в пользу расширения таких исследований на большее количество клеток и lncRNA. Мы рады видеть, что эти РНК, которые 15 лет назад при открытии часто считали «мусорными», часто оказываются функциональными. Мы также считаем, что терминология должна сместиться от «некодирующих» к терминам, лучше отражающим их роль, таким как «регуляторные РНК» или «структурные РНК».